TW202119651A - 半導體元件及包含其之半導體組件 - Google Patents

Abstract

本發明內容提供一種半導體元件，其包括第一半導體結構、第二半導體結構以及活性區。第一半導體結構包含第一摻質。第二半導體結構位於第一半導體結構上且包含不同於第一摻質之第二摻質。活性區位於第一半導體結構與第二半導體結構之間且包含第一摻質。此半導體元件於J_E_max A/cm² 的電流密度下具有一最大外部量子效率E_max %，且於0.001*(J_E_max ) A/cm² 的電流密度下，該半導體元件具有E_max %的15%以上之外部量子效率。

Description

半導體元件及包含其之半導體組件

本發明是關於半導體元件，特別是有關於半導體發光元件，例如發光二極體。

半導體元件的用途十分廣泛，相關材料的開發研究也持續進行。舉例來說，包含三族及五族元素的III-V族半導體材料可應用於各種光電半導體元件如發光二極體(Light emitting diode，LED)、雷射二極體(Laser diode，LD)、光電偵測器或太陽能電池(Solar cell)，或者可以是例如開關或整流器的功率元件，能用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域。作為半導體發光元件之一的發光二極體具有耗電量低以及壽命長等優點，因此大量被應用。

本發明內容提供一種半導體元件，其包括第一半導體結構、第二半導體結構以及活性區。第一半導體結構包含第一摻質。第二半導體結構位於第一半導體結構上且包含不同於第一摻質之第二摻質。活性區位於第一半導體結構與第二半導體結構之間且包含第一摻質。此半導體元件於J_E_max A/cm² 的電流密度下具有一最大外部量子效率E_max %，其中0.001 A/cm² ≤J_E_max A/cm² ≤100 A/cm² ，且於0.001*(J_E_max ) A/cm² 的電流密度下，該半導體元件具有E_max %的15%以上之外部量子效率。

以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之構件將使用相似或相同之標號進行說明，並且若未特別說明，圖式中各元件之形狀或尺寸僅為例示，實際上並不限於此。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。

在未特別說明的情況下，通式InGaP代表In_x0 Ga_1-x0 P，其中0＜ x0＜1；通式AlInP代表Al_x1 In_1-x1 P，其中0＜x1＜1；通式AlGaInP代表Al_x2 Ga_x3 In_1-x2-x3 P，其中0＜x2＜1且0＜x3＜1；通式InGaAsP代表In_x4 Ga_1-x4 As_x5 P,_1-x5 ，其中0＜x4＜1，0＜x5＜1；通式AlGaInAs代表Al_x6 Ga_x7 In_1-x6-x7 As，其中0＜x6＜1，0＜x7＜1；通式InGaNAs代表In_x8 Ga_1-x8 N_x9 As_1-x9 ，其中0＜x8＜1，0＜x9＜1；通式InGaAs代表In_x10 Ga_1-x10 As，其中0＜x10＜1；通式AlGaAs代表Al_x11 Ga_1-x11 As，其中0＜x11＜1；通式InGaN代表In_x12 Ga_1-x12 N，其中0＜x12＜1；通式AlGaN代表Al_x13 Ga_1-x13 N，其中0＜x13＜1；通式AlGaAsP代表Al_x14 Ga_1-x14 As_x15 P_1-x15 ，其中0＜x14＜1，且 0＜x15＜1；通式InGaAsN代表In_x16 Ga_1-x16 As_x17 N_1-x17 ，其中0＜x16＜1，且0＜x17＜1；通式AlInGaN代表Al_x18 In_x19 Ga_1-x18-x19 N，其中0＜x18＜1且 0＜x19＜1。可依不同目的調整各元素的含量，例如但不限於調整能階大小，或是當半導體元件為一發光元件時，可藉此調整發光元件的主波長(domain wavelength)或峰值波長(peak wavelength)。

本揭露內容的半導體元件例如是發光元件(例如：發光二極體(light-emitting diode)、雷射二極體(laser diode))、吸光元件(例如：光電二極體(photo-detector))或不發光元件。本揭露內容的半導體元件包含的各層組成及摻質(dopant)可用任何適合的方式分析而得，例如二次離子質譜儀(secondary ion mass spectrometer，SIMS)，而各層之厚度亦可用任何適合的方式分析而得，例如穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy，TEM)或是掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)等。

所屬領域中具通常知識者應理解，可以在以下所說明各實施例之基礎上添加其他構件。舉例來說，在未特別說明之情況下，「第一層(或結構)位於第二層(或結構)上」的類似描述可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)直接接觸的實施例，也可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)之間具有其他結構而彼此未直接接觸的實施例。另外，應理解各層(或結構)的上下位置關係等可能因由不同方位觀察而有所改變。

此外，於本揭露內容中，一層或結構「實質上由M所組成」之敘述表示上述層或結構的主要組成為M，但並不排除上述層或結構包含摻質或不可避免的雜質(impurities)。

第1A圖為本揭露內容一實施例之半導體元件10的上視圖。第1B圖為第1A圖之半導體元件10沿X-X’線之剖面結構示意圖。第1C圖為第1B圖之半導體元件10中區域R的局部放大示意圖。如第1A圖所示，從上視觀之，半導體元件10可具有長度L₀ 及寬度W₀ 。長度L₀ 及寬度W₀ 可分別小於等於500 µm，例如分別小於等於450 µm、400 µm、350 µm、300 µm、250 µm、200 µm、150 µm、100 µm、50 µm、30 µm或10 µm，且可大於等於1 µm。從上視觀之，半導體元件10可呈矩形或圓形。於一實施例，半導體元件10的長度L₀ 及寬度W₀ 可大致相等而呈正方形。於一實施例，從上視觀之，半導體元件10之上表面的面積(L₀ *W₀ )在10000 µm² 以下，例如在1 µm² 至5000 µm² 的範圍內(例如：100 µm² 、625 µm² 、1250 µm² 、2000 µm² 或2500 µm² )。如第1A圖及第1B圖所示，半導體元件10包含基底100、磊晶結構102、第一電極110以及第二電極112。磊晶結構102位於基底100上。第一電極110位於磊晶結構102上，而第二電極112位於基底100下。

基底100包含導電或絕緣材料，所述之導電材料例如砷化鎵(GaAs) 、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP) 、氧化鋅(ZnO) 、 氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鍺(Ge)或矽(Si)等；所述之絕緣材料例如藍寶石(Sapphire)等。在一實施例中，基底100為一成長基板，即於基底100上可透過例如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)形成磊晶結構102。在一實施例中，基底100為一接合基板而非成長基板，其可藉由黏著材料而與磊晶結構102相接合。

如第1B圖所示，磊晶結構102包含第一半導體結構104、第二半導體結構106以及介於第一半導體結構104與第二半導體結構106之間的活性區108。第一半導體結構104與第二半導體結構106可具有相反的導電型態。例如，第一半導體結構104為n型，第二半導體結構106為p型；或者，第一半導體結構104為p型，第二半導體結構106為n型。藉此，第一半導體結構104與第二半導體結構106可分別提供電子與電洞。第一半導體結構104、第二半導體結構106以及活性區108可分別包含三五族半導體材料。上述三五族半導體材料可包含Al、Ga、As、P、N 或In。在一實施例中，第一半導體結構104、第二半導體結構106以及活性區108可不包含N。具體來說，上述三五族半導體材料可為二元化合物半導體(如GaAs、GaP或GaN)、三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。於一實施例，活性區108實質上由三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)所組成。

半導體元件10可包含雙異質結構(double heterostructure，DH)、雙側雙異質結構 (double-side double heterostructure，DDH)或多重量子井(multiple quantum wells，MQW)結構。根據一實施例，當半導體元件10為發光元件時且於半導體元件10操作時，活性區108可發出一光線。所述光線包含可見光或不可見光。半導體元件10所發出之光線決定於活性區108之材料組成。舉例來說，當活性區108之材料包含InGaN系列時，例如可發出峰值波長(peak wavelength)為400 nm至490 nm的藍光、深藍光，或是峰值波長為490 nm至550 nm的綠光；當活性區108之材料包含AlGaN系列時，例如可發出峰值波長為250 nm至400 nm的紫外光；當活性區108之材料包含InGaAs系列、InGaAsP系列、AlGaAs系列或AlGaInAs系列時，例如可發出峰值波長為700至1700 nm的紅外光；當活性區108之材料包含InGaP系列或AlGaInP系列時，例如可發出峰值波長為610 nm至700 nm的紅光、或是峰值波長為530 nm至600 nm的黃光。

在一實施例中，活性區108可包含一阻障層108a及鄰接於其的一阱層108b所組成的半導體疊層108c，亦即一對半導體疊層108c包含一個阻障層108a及一個阱層108b。具體來說，活性區108可包含一或多對半導體疊層108c。在一實施例中，半導體疊層108c的對數可大於等於2。在一實施例中，半導體疊層108c的對數可小於等於20，且可小於等於10。半導體疊層108c的對數例如是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18或19。在一實施例中，當活性區108包含5對以下的半導體疊層108c (即5個以下的阻障層108a與5個以下的阱層108b)，半導體元件10可具有相對較高的量子效率，尤其是在低電流密度(如1A/cm² 以下的操作)或低電流(如10 mA以下)下操作時元件效率表現較佳。具體來說，電流密度可由對半導體元件10所施加的電流大小(單位為安培(A))除以磊晶結構102之上視面積(單位為cm² )而獲得。於一實施例，磊晶結構102之上視面積可在1 µm² 至2500 µm² 的範圍內，例如50 µm² 至100 µm² 、600 µm² 、1200 µm² 、1500 µm² 或2000 µm² 。當從上方觀之，磊晶結構102有多個不同尺寸面積時，前述上視面積指該些面積中最大者。

阻障層108a及/或阱層108b可包含鋁。在一實施例中，活性區108包含n對半導體疊層108c而具有n個阻障層108a以及n個阱層108b，其中n為正整數，各阻障層108a可分別具有第一鋁含量百分比(ai%，i=1、2…n )，而各阱層108b可分別具有第二鋁含量百分比(bi%，i=1、2…n )。a1%為第一層阻障層108a之第一鋁含量百分比，a2%為第二層阻障層108a之第一鋁含量百分比，an為第n層阻障層108a之第一鋁含量百分比；b1%為第一層阱層108b之第二鋁含量百分比，b2%為第二層阱層108b之第二鋁含量百分比，bn為第n層阱層108b之第二鋁含量百分比。在一實施例，每一層之阻障層108a之第一鋁含量百分比可以相同或不同。阻障層108a彼此之間的鋁含量百分比(Al%)之差異可介於0-1 atom%之間。在一實施例，每一層之阱層108b之第二鋁含量百分比可以相同或不同。阱層108b彼此之間的鋁含量百分比(Al%)之差異可介於0-1 atom%之間。

具體來說，第一及第二鋁含量百分比分別指阻障層108a及阱層108b中Al的原子百分比(atom%)，且例如可藉由能量散射光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer, EDX)分別對阻障層108a與阱層108b進行量測而得。舉例來說，當阻障層108a包含Al_z1 Ga_0.5-z1 In_0.5 P (其中0≤z1≤0.5)，阱層108b包含Al_z2 Ga_0.5-z2 In_0.5 P(其中0≤z2≤0.5)時，由EDX量測結果可得到z1及z2。於此，阻障層108a之第一鋁含量百分比(ai%)可定義為z1*100%，阱層108b之第二鋁含量百分比(bi%)可定義為z2*100%。即，鋁含量百分比表示Al佔所有三族元素的原子百分比總和之比例。例如，當z1=0.3時，表示第一鋁含量百分比為30%。於一實施例，阻障層108a與阱層108b之鋁含量百分比也可以利用SIMS分析獲得。在一實施例中，第一鋁含量百分比大於第二鋁含量百分比。在一實施例中，第一鋁含量百分比可在15%至50%的範圍內，例如20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%。在一實施例中，第二鋁含量百分比可在0%至15%的範圍內，例如5%或10%。在一實施例中，當第一鋁含量百分比大於等於25%，可進一步改善阻障層108a侷限電子能力，具有較佳的量子效率(如EQE或IQE)。在一實施例中，當第一鋁含量百分比大於等於35%，可具有更佳的量子效率。

在一實施例中，活性區108包含n對半導體疊層108c而具有n個阻障層108a以及n個阱層108b，其中n為正整數，各阻障層108a可分別具有第一厚度(t1i，i=1、2…n)，各阱層108b可分別具有第二厚度(t2i，i=1、2….n)。第一厚度可大於等於第二厚度。t11為第一層阻障層108a的第一厚度，t12為第二層阻障層108a的第一厚度，t1n為第n層阻障層108a的第一厚度；t21為第一層阱層108b的第二厚度，t22為第二層阱層108b的第二厚度，t2n為第n層阱層108b的第二厚度。在一實施例，每一層之阻障層108a之第一厚度可以相同或不同，且阻障層108a彼此之間的厚度之差異可介於0-1 nm之間。在一實施例，每一層之阱層108b之第二厚度可以相同或不同，且阱層108b彼此之間的厚度之差異可介於0-1 nm之間。第一厚度與第二厚度可分別小於或等於200Å，例如分別約150Å、100Å、50Å或10Å。於一實施例，當阻障層108a與阱層108b的厚度均小於或等於200Å，半導體元件10之量子效率較佳。於一實施例，第一厚度(t1i)與第二厚度(t2i)之比例為在2:1至40:1的範圍內。例如，第一厚度與第二厚度之比例(t1i/t2i)在可在10:1至35:1的範圍內。藉由具有較大的第一厚度，可提升阻障層108a侷限電子之能力。於一實施例，第一厚度可在20Å至4000Å的範圍內，例如大於等於100Å且小於等於2000Å。第二厚度可在10Å至200Å的範圍內，例如150Å、100Å或50Å。

如第1B圖所示，第一半導體結構104包括第一侷限層114，而第二半導體結構106包括第二侷限層116。於此實施例，第一侷限層114及第二侷限層116鄰接於活性區108而與活性區108直接接觸。第一侷限層114及第二侷限層116可分別包含三五族半導體材料如三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。在一實施例中，第一侷限層114及第二侷限層116具有與阻障層108a相同的材料。第一侷限層114及/或第二侷限層116可包含鋁。第一侷限層114可具有第三鋁含量百分比，第二侷限層116可具有第四鋁含量百分比。同前所述，此處的鋁含量百分比表示Al佔所有三族元素的原子百分比總和之比例。於一實施例，第三鋁含量百分比及第四鋁含量百分比均大於第二鋁含量百分比。於一實施例，第三鋁含量百分比及第四鋁含量百分比大於等於第一鋁含量百分比。在一實施例中，第一侷限層114可具有第三厚度(t3)，且第二侷限層116可具有第四厚度(t4)。第三厚度與第四厚度可相同或不同。於一實施例，第三厚度大於等於第二厚度，且第四厚度大於等於第二厚度，藉此，可提升第一侷限層114及第二侷限層116侷限電子之能力。於一實施例，第三厚度與第一厚度或第二厚度之比例(t3/t1i或t3/t2i)為在1.5:1至10:1的範圍內，例如2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1。於一實施例，第四厚度與第一厚度或第二厚度之比例(t4/t1i或t4/t2i)為在1.5:1至10:1的範圍內，例如2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1。於一實施例，當t3/t1i、t3/t2i、t4/t1i或t4/t2i落於上述範圍內，可進一步提升第一侷限層114/第二侷限層116侷限電子能力。

在一實施例中，活性區108包含第一摻質。第一摻質於活性區108中具有一摻雜濃度。第一摻質對於活性區108而言可為n型或p型摻質。在一實施例中，第一摻質可包含元素週期表中的第II族、第IV族或第VI族元素。在一實施例中，第一摻質包含C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或 Te。在一實施例中，第一摻質於活性區108中的摻雜濃度大於等於1x10¹⁶ /cm³ 。在一實施例中，第一摻質於活性區108中的摻雜濃度小於1x10¹⁸ /cm³ 。具體來說，第一摻質於活性區108中的摻雜濃度可在5x10¹⁵ /cm³ 至1x10¹⁶ /cm³ 、5x10¹⁶ /cm³ 、8x10¹⁶ /cm³ 、1x10¹⁷ /cm³ 或 5x10¹⁷ /cm³ 的範圍內。第一摻質亦可分布於第一半導體結構104及/或第二半導體結構106中。在一實施例中，第一摻質於第一半導體結構104中的摻雜濃度高於第一摻質於活性區108中的摻雜濃度。在一實施例中，第一摻質至少分布於第一侷限層114及活性區108中。於一實施例，第一摻質在第一侷限層114及活性區108中連續不間斷地分佈且可具有不小於1x10¹⁶ /cm³ 的摻雜濃度。「在第一侷限層114及活性區108中連續不間斷地分佈」可表示在以SIMS分析第一侷限層114及活性區108時，於第一侷限層114及活性區108中的每個深度位置均可得到第一摻質的訊號。具體來說，於一實施例，當使用SIMS分析第一摻質時，第一摻質至少存在於第一侷限層114遠離活性區108側的表面至活性區108與第二侷限層116的界面之間，且存在於活性區108的每一個阻障層108a及每一個阱層108b中。

在一實施例中，在最靠近第一侷限層114的活性區108之半導體疊層108c中，第一摻質的摻雜濃度可不小於1x10¹⁶ /cm³ 且不大於1x10¹⁸ /cm³ 。在一實施例中，在最靠近第二侷限層116的活性區108之半導體疊層108c中，第一摻質的摻雜濃度可不小於1x10¹⁶ /cm³ 且不大於1x10¹⁷ /cm³ 。於一實施例，最靠近第一侷限層114的活性區108之半導體疊層108c中第一摻質的摻雜濃度大於等於最靠近第二侷限層116的活性區108之半導體疊層108c中第一摻質的摻雜濃度。在一實施例中，第一摻質至少分布於第一侷限層114、第二侷限層116及活性區108中。於一實施例，於第一侷限層114中第一摻質的摻雜濃度大於等於活性區108中第一摻質的摻雜濃度。於一實施例，於活性區108中第一摻質的摻雜濃度大於等於第二侷限層116中第一摻質的摻雜濃度。在一實施例中，第一摻質的摻雜濃度從第一侷限層114至第二侷限層116逐漸降低。具體來說，於一實施例，於第一侷限層114中第一摻質可具有一最小摻雜濃度c1，於第二侷限層116中第一摻質可具有一最小摻雜濃度c2，且於活性區108中第一摻質可具有一最小摻雜濃度c3，其中c1≥c3≥c2。最小摻雜濃度c1、c2、c3可分別為第一侷限層114、第二侷限層116及活性區108中第一摻質摻雜濃度之最小值。當使用SIMS分析第一摻質時，上述之最小值可分別對應於SIMS分析結果中第一摻質濃度曲線在第一侷限層114、第二侷限層116及活性區108中最低的波谷位置 (在無明顯波谷的情況下指可偵測到的濃度最小值)。

第一半導體結構104可更包括第一覆蓋層118，位於第一侷限層114下方。第一覆蓋層118可包含三五族半導體材料如三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。於一實施例中，第一覆蓋層118亦包含第一摻質。於一實施例，於第一覆蓋層118中第一摻質的摻雜濃度大於等於第一侷限層114中第一摻質的摻雜濃度。

於一實施例中，第一半導體結構104可選擇性地更包括第一窗口層(未繪示)，位於第一覆蓋層118下方。第一窗口層可包含三五族半導體材料如三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。第一窗口層與第一覆蓋層118的材料可不同。於一實施例中，第一窗口層的厚度大於第一覆蓋層118的厚度。於一實施例中，第一窗口層亦包含第一摻質。於一實施例，於第一窗口層中第一摻質的摻雜濃度大於等於第一覆蓋層118或第一侷限層114中第一摻質的摻雜濃度。在一實施例中，於第一覆蓋層118及/或第一窗口層中，第一摻質的摻雜濃度小於等於1x10¹⁹ /cm³ ，例如是在5x10¹⁷ /cm³ 至1x10¹⁸ /cm³ 、2x10¹⁸ /cm³ 或3x10¹⁸ /cm³ 的範圍內。

於一實施例中，第二半導體結構106更包括第二覆蓋層119，位於第二侷限層116上方。第二覆蓋層119可包含三五族半導體材料如三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。於一實施例中，第二覆蓋層119包含不同於第一摻質之第二摻質。在一實施例中，第二摻質可包含元素週期表中的第II族、第IV族或第VI族元素。在一實施例中，第二摻質包含C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或 Te。第二摻質亦可分佈於活性區108及/或第二侷限層116中。在一實施例中，第一摻質和第二摻質可同時存在於第二侷限層116及/或第二覆蓋層119中。在一實施例中，於第二侷限層116及/或第二覆蓋層119中第二摻質可具有不小於1x10¹⁶ /cm³ 的摻雜濃度。

在一實施例中，第一半導體結構104可包含不同於第一摻質及第二摻質的第三摻質。於一實施例，第三摻質分佈於第一覆蓋層118及/或第一窗口層中。在一實施例中，第一摻質分佈於第一覆蓋層118、第一侷限層114以及活性區108中，而第三摻質主要分佈於第一窗口層中。於一實施例，第一摻質與第三摻質不同時存在於第一侷限層114、活性區108、第一覆蓋層118或第一窗口層中，例如在第一侷限層114、活性區108、第一覆蓋層118或第一窗口層中，第一摻質與第三摻質其中一者的最小摻雜濃度低於1x10¹⁶ /cm³ 。在一實施例中，第三摻質可包含元素週期表中的第II族、第IV族或第VI族元素。在一實施例中，第三摻質包含C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或 Te。在一實施例中，第三摻質之原子半徑小於第一摻質或第二摻質之原子半徑。於一實施例，對於第一半導體結構104來說，第一摻質與第三摻質為相同導電型態的摻質，第二摻質為相反導電型態的摻質。例如，對於第一半導體結構104來說，第一摻質與第三摻質為p型摻質，而第二摻質為n型摻質，或者第一摻質與第三摻質為n型摻質，而第二摻質為p型摻質。於一實施例，第一摻質連續不間斷地分佈於第一覆蓋層118至第二侷限層116，例如在以SIMS分析第一覆蓋層118至第二侷限層116時，於第一覆蓋層118至第二侷限層116中的每個深度位置均可得到第一摻質的訊號。於一實施例，第二摻質連續不間斷地分佈於第二覆蓋層119，例如在以SIMS分析第二覆蓋層119時，於第二覆蓋層119中的每個深度位置均可得到第二摻質的訊號。於一實施例，第三摻質連續不間斷地分佈於第一窗口層，例如在以SIMS分析第一窗口層時，於第一窗口層中的每個深度位置均可得到第二摻質的訊號。在一實施例中，第二侷限層116中第二摻質的摻雜濃度可略小於第二覆蓋層119中第二摻質的摻雜濃度。在一實施例中，第一窗口層中第三摻質的摻雜濃度可大於第一覆蓋層118中第三摻質的摻雜濃度。於一實施例，第一摻質及第三摻質可同時存在於第一窗口層和第一覆蓋層118之界面。

第一電極110以及第二電極112用於與外部電源電性連接。第一電極110以及第二電極112的材料可相同或不同，例如分別包含金屬氧化材料、金屬或合金。金屬氧化材料包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(IZO) 等。金屬可列舉如鍺(Ge)、鈹(Be) 、鋅(Zn) 、金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎳(Ni)或銅(Cu)等。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者，例如鍺金鎳(GeAuNi)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)或鋅金(ZnAu)等。如第1A圖所示，第一電極110可包含電極墊110a以及延伸電極110b與電極墊110a相連接。在本實施例中，延伸電極110b包括第一延伸部110b1以及第二延伸部110b2。第一延伸部110b1與電極墊110a直接接觸，第二延伸部110b2與第一延伸部110b1直接接觸且可在垂直於第一延伸部110b1的方向上延伸。在一實施例中，半導體元件10可僅具有一電極墊110a，但並不限於此。

第1D圖為本揭露內容一實施例之半導體元件20的剖面結構示意圖。本實施例的半導體元件20與半導體元件10之主要差異在於，半導體元件20更包括絕緣層120、導電層122、反射層124以及接合結構128。絕緣層120、導電層122、反射層124以及接合結構128位於磊晶結構102與基底100之間。於本實施例中，絕緣層120與第二半導體結構106相接，而第一電極110位於第一半導體結構104上且與第一半導體結構104相接及電連接。導電層122覆蓋於絕緣層120，反射層124覆蓋於導電層122，而接合結構128位於基底100與反射層124之間。

絕緣層120可為一圖案化的介電材料層，例如包括折射係數(refractive index)小於2的絕緣材料，例如氮化矽(SiN_x )、氧化鋁(AlO_x )、氧化矽(SiO_x )、氟化鎂(MgF_x )或其組合。於一實施例，x=1.5或2。如第1D圖所示，絕緣層120具有多個孔隙126， 導電層122可覆蓋於絕緣層120並填入孔隙126中，而導電層122與磊晶結構102在孔隙126處可形成接觸區域。藉此，導電層122可與磊晶結構102電連接。導電層122可包含金屬或金屬氧化物。金屬可包含銀(Ag)、鍺(Ge)、金(Au) 、鎳(Ni)或其組合。金屬氧化物可包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)或上述材料之組合。

反射層124可反射活性區108所發出的光線以朝第一電極110方向射出半導體元件20外。反射層124可包含半導體材料、金屬或合金。半導體材料可包含三五族半導體材料，例如二元、三元或四元三五族半導體材料。金屬包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)或鎢(W)等。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者。在一實施例中，反射層124可包含布拉格反射結構(Distributed Bragg Reflector structure，DBR )。布拉格反射結構可由不同折射率的兩種以上之半導體材料交替堆疊而形成，例如由AlAs/GaAs、AlGaAs/GaAs或InGaP/GaAs所形成。

接合結構128連接基底100與反射層124。在一實施例中，接合結構128可為單層或多層(未繪示)。接合結構128之材料可包含透明導電材料、金屬或合金。透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷化鎵(GaP)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)、石墨烯(graphene)或上述材料之組合。金屬包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)或鎢(W)等。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者。

雖然於第1D圖中繪示第一半導體結構104位於活性區108上方而第二半導體結構106位於活性區108下方，然而在另一實施例中，也可具有如下所述型態：第一半導體結構104位於活性區108下方且與絕緣層120和導電層122相接，且第二半導體結構106位於活性區108上方且與第一電極110相接。本實施例中的其他各層或結構之位置、相對關係及材料組成等內容及結構變化例均已於先前實施例中進行了詳盡之說明，於此不再贅述。

第1E圖為本揭露內容一實施例之半導體元件40的上視圖。第1F圖為第1E圖之半導體元件40沿Y-Y’線之剖面結構示意圖。本實施例的半導體元件40與半導體元件10之主要差異在於，半導體元件40中的第一電極110與第二電極112位於基底100的同一側，而半導體元件10中的第一電極110與第二電極112分別位於基底100的兩側。在本實施例中，磊晶結構102位於基底100上，第一電極110與第二電極112位於磊晶結構102上。第一電極110可與第二半導體結構106相接，而第二電極112可與第一半導體結構104相接。於本實施例中，第一半導體結構104及活性區108具有一寬度小於第二半導體結構106之寬度。雖然於第1F圖中繪示第一半導體結構104位於活性區108上方而第二半導體結構106位於活性區108下方，然而在另一實施例中，第一半導體結構104可位於活性區108下方且與基底100相接，而第二半導體結構106可位於活性區108上方且與第二電極112相接。類似地，於先前實施例所述之絕緣層120、導電層122、反射層124或接合結構128可位於第二半導體結構106和基底100之間。接合結構128可包含導電或不導電材料。本實施例中的其他各層或結構之位置、相對關係及材料組成等內容及結構變化例均已於先前實施例中進行了詳盡之說明，於此不再贅述。

第2A圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與內部量子效率(IQE)關係之示意圖。具體來說，第2A圖所示為以半導體元件用模擬軟體APSYS(Crosslight Software Inc.)進行模擬所得之IQE表現。曲線C1對應之半導體元件具有在活性區108中未經摻雜之結構，而曲線C2對應之半導體元件包含在活性區108中具有約1x10¹⁶ /cm³ 摻雜濃度的第一摻質之結構。如第2A圖所示，兩者在電流密度約30A/cm² 處具有最大IQE值。此外，在1A/cm² 以下的低電流密度範圍，在活性區108中具有第一摻質之半導體元件與在活性區108中未經摻雜之半導體元件相比具有較高的IQE值。因此，當第一摻質存在於活性區中有助於IQE值的提升，特別是在低電流密度環境(例如1A/cm² 以下)，IQE值可獲得顯著改善。

第2B圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與外部量子效率(EQE)關係之示意圖。曲線F1對應之半導體元件具有在活性區108中未經摻雜之結構，而曲線F2對應之半導體元件包含在活性區108中具有第一摻質之結構。如第2B圖所示，在1A/cm² 以下的低電流密度範圍(例如0.001-1A/cm² )，在活性區108中具有第一摻質之半導體元件具有較高的外部量子效率。

第2C圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之R值與相對EQE比例關係之示意圖。曲線G1對應之半導體元件具有在活性區108中未經摻雜之結構，而曲線G2對應之半導體元件包含在活性區108中具有第一摻質之結構。曲線G1及曲線G2對應的半導體元件於0.001A/cm² -100 A/cm² 電流密度範圍下量測時，於上述電流密度範圍中，半導體元件會具有一最大外部量子效率E_max %，此最大外部量子效率所對應的電流密度即定義為J_E_max A/cm² 。第2C圖中R值=1對應於電流密度為1*(J_E_max )A/cm² 的結果，且第2C圖為顯示在0.001*(J_E_max )A/cm² 至1*(J_E_max )A/cm² 的電流密度範圍內之相對EQE比例(relative EQE ratio)。換言之，上述相對EQE比例為將E_max %設定為100%，並計算不同電流密度下所得的EQE值佔E_max %百分比而得。如第2C圖所示，在活性區108中具有第一摻質之半導體元件在低於J_E_max 的電流密度範圍均具有相對較佳的EQE表現，例如在0.001*(J_E_max )A/cm² 的電流密度下在活性區108中具有第一摻質之半導體元件更顯著優於在活性區108中未經摻雜之半導體元件。

第2D圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與外部量子效率(EQE)關係之示意圖。曲線Q1-Q3的半導體元件差異在於阻障層中之鋁含量百分比。曲線Q1對應之半導體元件中每一個阻障層108a之鋁含量百分比為約17.5%，曲線Q2對應之半導體元件中每一個阻障層108a之鋁含量百分比為約35%，曲線Q3對應之半導體元件中每一個阻障層108a之鋁含量百分比為約50%。由第2D圖可知，於電流密度在1A/cm² 以下，提升阻障層108a之鋁含量百分比有助於半導體元件之EQE表現。

第3圖為本揭露內容一實施例之半導體元件中部分範圍中元素濃度與深度之關係圖。具體來說，第3圖為SIMS分析包含第一摻質及第二摻質之半導體元件10的一部分結構之結果。如第3圖中所示，本實施例的半導體元件10依序包括第二覆蓋層119、第二侷限層116、活性區108、第一侷限層114、第一覆蓋層118以及第一窗口層130。在本實施例中，第二覆蓋層119包含AlInP；第二侷限層116包含AlGaInP；活性區108包含16對之半導體疊層108c(16個障壁層108a與16個阱層108b)，且障壁層108a與阱層108b均包含AlGaInP；第一侷限層114包含AlGaInP；第一覆蓋層118包含AlInP且第一窗口層130包含AlGaInP。第3圖中的曲線D1表示第一摻質之摻質濃度，而曲線D2表示第二摻質之摻質濃度。於本實施例中，第一摻質至少分佈於第一窗口層130至第二侷限層116的範圍，第二摻質主要分佈於第二覆蓋層119及第二侷限層116中。如第3圖所示，第二侷限層116中第二摻質的摻雜濃度明顯低於第二覆蓋層119中第二摻質的摻雜濃度。

第4圖為本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與內部量子效率(IQE)關係之示意圖。具體來說，第4圖為以半導體元件用模擬軟體APSYS (Crosslight Software Inc.)進行模擬所得之IQE表現。各半導體元件差異在於活性區108中具有不同摻雜濃度的第一摻質。詳細而言，曲線E0對應之半導體元件具有在活性區108中未經摻雜之結構，而曲線E1至E5則分別對應在活性區108中第一摻質的摻雜濃度約1x10¹⁶ /cm³ 、5x10¹⁶ /cm³ 、1x10¹⁷ /cm³ 、5x10¹⁷ /cm³ 、1x10¹⁸ /cm³ 之結構。如第4圖所示，於本實施例中，在1A/cm² 以下的低電流密度下，第一摻質的摻雜濃度約在1x10¹⁶ /cm³ 至1x10¹⁷ /cm³ 範圍內的結構(曲線E1至E3)之IQE表現均顯著優於在活性區108中未經摻雜之結構(曲線E0)。於本實施例中，當第一摻質的摻雜濃度增加至1x10¹⁷ /cm³ 時，在1A/cm² 以下具有最大IQE值。當第一摻質的摻雜濃度增加至5x10¹⁷ /cm³ 或1x10¹⁸ /cm³ 時(曲線E4-E5)，在一些電流密度範圍中IQE表現仍優於在活性區108中未經摻雜之結構(曲線E0)。由第4圖可知，在此實施例中，藉由於活性區108中存在特定摻雜濃度範圍的第一摻質，可在維持最大量子效率的情況下改善低電流密度(如1A/cm² 以下)環境下的量子效率表現。

第5A圖為本揭露內容一實施例之半導體組件200的剖面結構示意圖。如第5A圖所示，半導體組件200包括承載基板22、位於承載基板22上的黏著層24以及位於黏著層24上的多個半導體元件10’。在本實施例中，半導體元件10’未包含基底且半導體元件10’包含如於各實施例中所述之磊晶結構102以及分別位於磊晶結構102兩側的第一電極110與第二電極112。承載基板22透過黏著層24與半導體元件20相接。承載基板22可包含導電或絕緣材料，例如藍寶石、玻璃、砷化鎵(GaAs) 、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP) 、氧化鋅(ZnO) 、 氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鍺(Ge)或矽(Si)等。黏著層24的材料可包含聚合物材料如苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(polyimide)、矽基樹脂(silicone)或SOG (Spin On Glass)。本實施例中的其他各層或結構之位置、相對關係及材料組成等內容及結構變化例亦已於先前實施例中進行了詳盡之說明，於此不再贅述。

第5B圖為本揭露內容一實施例之半導體組件400的剖面結構示意圖。如第5B圖所示，半導體組件400包括承載基板42、位於承載基板42上的黏著層44以及位於黏著層44上的多個半導體元件40’。在本實施例中，半導體元件40’未包含基底且半導體元件40’可包含如於先前實施例中所述之磊晶結構102以及位於磊晶結構102一側的第一電極110與第二電極112。半導體元件40’還包括位於第一電極110與磊晶結構102之間的第一接觸結構140a以及位於第二電極112與磊晶結構102之間的第二接觸結構140b。第一接觸結構140a及第二接觸結構140b可分別包含三五族半導體材料、金屬或合金。半導體元件40’還包括覆蓋於磊晶結構102且具有開口的介電材料層160。如第5B圖所示，第一電極110與第二電極112可填入介電材料層160的開口而分別與第一接觸結構140a及第二接觸結構140b電連接。關於承載基板42與黏著層44，可分別參酌對於承載基板22及黏著層24之說明。本實施例中的其他各層或結構之位置、相對關係及材料組成等內容及結構變化例亦已於先前實施例中進行了詳盡之說明，於此不再贅述。

第6圖為本揭露內容一實施例之半導體組件600的剖面結構示意圖。請參照第6圖，半導體組件600包含半導體元件60、封裝基板61、載體63、接合線65、接觸結構66以及封裝層68。封裝基板61可包含陶瓷或玻璃材料。封裝基板61中具有多個通孔62。通孔62中可填充有導電性材料如金屬等而有助於導電或/且散熱。載體63位於封裝基板61一側的表面上，且亦包含導電性材料，如金屬。接觸結構66位於封裝基板61另一側的表面上。在本實施例中，接觸結構66包含第一接觸墊66a以及第二接觸墊66b，且第一接觸墊66a以及第二接觸墊66b可藉由通孔62而與載體63電性連接。在一實施例中，接觸結構66可進一步包含散熱墊(thermal pad)(未繪示)，例如位於第一接觸墊66a與第二接觸墊66b之間。

半導體元件60位於載體63上。半導體元件60可為本揭露內容任一實施例所述的半導體元件(如半導體元件10、10’、20、40、40’)。在本實施例中，載體63包含第一部分63a及第二部分63b，半導體元件60藉由接合線65而與載體63的第二部分63b電性連接。接合線65的材質可包含金屬，例如金、銀、銅、鋁或至少包含上述任一元素之合金。封裝層68覆蓋於半導體元件60上，具有保護半導體元件60之效果。具體來說，封裝層68可包含樹脂材料如環氧樹脂(epoxy)、矽氧烷樹脂(silicone)等。封裝層68更可包含複數個波長轉換粒子(圖未示)以轉換半導體元件60所發出的第一光為一第二光。第二光的波長大於第一光的波長。

第7圖為本揭露內容一實施例之半導體組件800的上視示意圖。本實施例的半導體組件800例如為顯示器單元。如第7圖所示，半導體組件800包含載板80以及位於載板80上的多個畫素單元82。多個畫素單元82沿著平行於x軸及y軸的方向排列成陣列狀，且在平行於x軸的方向上以一間隔d排列。畫素單元82的數量可依需求調整，例如在一實施例中，半導體組件800中所包含的多個畫素單元82可提供1920x1080畫素的解析度。在一實施例中，間隔d小於1.4 mm，例如，間隔d介於0.2 mm ~1.3 mm之間，具體如0.75 mm、0.8 mm、1 mm、1.25 mm。如第7圖所示，各畫素單元82包含第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88沿著平行於y軸的方向排列。第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88中的一或多者可為本揭露內容任一實施例所述的半導體元件(如半導體元件10、10’、20、40、40’)。在一實施例中，第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88均為發光元件且可分別發出紅光、綠光及藍光。在一實施例中，這些發光元件的排列順序也可以根據需求做調整，例如第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88分別發出紅光、藍光及綠光。各畫素單元82可與載板80表面的電路（未繪示）電性連接，使其中的發光元件可接收外部訊號並根據外部訊號發光。載板80可為單層或多層結構。載板80的材料可包含聚酯（Polyester）、聚醯亞胺（Polyimide，PI）、BT 樹脂（Bismaleimide Triazine）、PTFE 樹脂（Polytetrafluoroethylene）酚醛樹脂（Phenol resins，PF）或玻纖環氧樹脂（FR4）。於一實施例，載板80可彎折，且例如可承受曲率半徑小於50 mm，例如25 mm或32 mm的狀態。

由上述可知，當半導體元件之長度L₀ 及寬度W₀ 於前述之範圍(小於等於500 µm)且於半導體元件之操作電流介於0.001 mA及100 mA之間及/或電流密度介於0.001 A/cm² 及100 A/cm² 之間，活性區108的半導體疊層108c之對數或/及第一鋁含量百分比或/及阻障層108a與阱層108b的厚度或/及第一或第二侷限層之厚度或/及第一或第二侷限層之鋁含量或/及活性區108中第一摻質的濃度等均會影響半導體元件之量子效率。

具體來說，於一實施例，當於操作電流介於0.01 mA及5 mA之間及/或電流密度介於0.01 A/cm² 及5 A/cm² 之間，滿足下述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件可具有相對較高的量子效率：(i)第一鋁含量百分比為在25%以上；(ii)第一厚度與第二厚度之比例為在2:1至40:1的範圍內；(iii)活性區108的半導體疊層108c之對數在10對以下；(iv) 第三/第四鋁含量百分比大於第二鋁含量百分比；(v)第三厚度大於等於第二厚度且第四厚度大於等於第二厚度；(vi)活性區108中包含第一摻質。進一步來說，在半導體元件10之長度L₀ 小於200 µm及寬度W₀ 小於200 µm及/或磊晶結構102之上視面積在50 µm² 至2000 µm² 的範圍內時，滿足上述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件在量子效率的提升更為顯著。

根據一實施例，當在不同電流密度下(例如0.001 至100 A/cm² 的範圍內，如0.001至0.01、0.1、1、5、10或50 A/cm² )對磊晶結構或半導體元件量測外部量子效率(例如是以%為單位)時，滿足上述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件於上述電流密度範圍內具有一最大外部量子效率E_1max %，且該最大外部量子效率E_1max %所對應的電流密度定義為J_E_1max A/cm² 。外部量子效率例如是藉由積分球系統(integrating sphere system)量測而得。於0.1*(J_E_1max ) A/cm² 的電流密度下，前述磊晶結構或半導體元件可具有E_1max %的80%以上的外部量子效率，且較佳可具有E_1max %的85%或90%以上的外部量子效率。於0.01*(J_E_1max ) A/cm² 的電流密度下，前述磊晶結構或半導體元件可具有E_1max %的50%以上的外部量子效率，且較佳可具有E_1max %的60%或70%以上的外部量子效率。於0.001*(J_E_1max ) A/cm² 的電流密度下，前述磊晶結構或半導體元件可具有E_1max %的15%以上的外部量子效率，且較佳可具有E_1max %的20%、25%、30%或40%以上的外部量子效率。

根據一實施例，當在不同電流強度下(例如0.001至100mA的範圍內，如0.001至0.01、0.1、1、5、10、20、30、40或50 mA )對磊晶結構或半導體元件量測外部量子效率(例如是以%為單位)時，滿足上述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件於上述電流範圍內具有一最大外部量子效率E_2max %，且該最大外部量子效率E_2max %所對應的電流密度定義為C_E_2max mA。外部量子效率例如是藉由積分球系統(integrating sphere system)量測而得。 E_2max %可為80%以上，且較佳可E_2max %為85%或90%以上。於0.01*(C_E_2max ) mA的電流下，前述磊晶結構或半導體元件可具有E_2max %的50%以上的外部量子效率，且較佳可具有E_2max %的60%或70%以上的外部量子效率。於0.001*(C_E_2max ) mA的電流下，前述磊晶結構或半導體元件可具有E_2max %的15%以上的外部量子效率，且較佳可具有E_2max %的20%、25%、30%或40%以上的外部量子效率。

根據一實施例，滿足上述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件在第一溫度下具有第一光輸出值O1(例如以流明(lumen, lm)為單位)，且在第二溫度下具有第二光輸出值O2，其中第二溫度低於第一溫度。第一光輸出值O1與第二光輸出值O2之比率可大於等於30%，例如40%、50%、60%、70%、80%、90%。第一光輸出值O1與第二光輸出值O2之比率可小於等於100%。第一溫度與第二溫度間的差可大於等於 30°C，例如約40°C、50°C、60°C、70°C或80°C。於一實施例中，第二溫度為室溫(例如約 25°C)，第一溫度為約85°C。意即，滿足上述條件(i)-(vi)之任一者或任兩者以上之組合的磊晶結構或半導體元件之光輸出值受溫度變化影響較小，而可具有較低的溫度依存性(temperature dependence)。

基於上述，根據本揭露內容之實施例，可提供一種磊晶結構、半導體元件或半導體組件，例如在內部或外部量子效率等特性可獲得進一步提升，尤其適用於低電流(如10 mA以下)或低電流密度(如1A/cm² 以下) 的操作及/或有微型化需求的情況。詳細而言，本揭露內容之磊晶結構、半導體元件或半導體組件在表面複合速率(surface recombination velocity，SRV)、溫度依存性、電流散佈及操作效率遽降(droop)等方面可獲得改善。具體來說，本揭露內容之磊晶結構、半導體元件及半導體組件可應用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域的產品，例如燈具、監視器、手機、平板電腦、車用儀表板、電視、電腦、穿戴裝置(如手錶、手環、項鍊等)、交通號誌、戶外顯示器、醫療器材等。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，所屬技術領域中具有通常知識者應理解，在不脫離本發明之精神和範圍內可作些許之修飾或變更，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，上述實施例內容在適當的情況下可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。舉例而言，在一實施例中所揭露特定構件之相關參數或特定構件與其他構件的連接關係亦可應用於其他實施例中，且均落於本發明之權利保護範圍。

10、10’、20、40、40’:半導體元件 22、42:承載基底 24、44:黏著層 200、400、600、800:半導體組件 61:封裝基底 62:通孔 63:載體 63a:第一部分 63b:第二部分 65:接合線 66:接觸結構 66a:第一接觸墊 66b:第二接觸墊 68:封裝層 80:載板 82:畫素單元 84:第一半導體元件 86:第二半導體元件 88:第三半導體元件 100:基底 102:磊晶結構 104:第一半導體結構 106:第二半導體結構 108:活性區 108a:障壁層 108b:阱層 108c:半導體疊層 110:第一電極 110a:電極墊 110b:延伸電極 110b1:第一延伸部 110b2:第二延伸部 112:第二電極 114:第一侷限層 116:第二侷限層 118:第一覆蓋層 119:第二覆蓋層 130:第一窗口層 140a:第一接觸結構 140b:第二接觸結構 160:介電材料層 120:絕緣層 122:導電層 124:反射層 126:孔隙 128:接合結構 R:區域 L₀ :長度 W₀ :寬度 C1、C2、D1、D2、E0、E1、E2、E3、E4、E5、F1、F2、G1、G2、Q1、Q2、Q3:曲線 X-X’、Y-Y’:線

第1A圖為本揭露內容一實施例之半導體元件的上視圖。

第1B圖及第1C圖為本揭露內容一實施例之半導體元件的剖面結構示意圖及局部放大示意圖。

第1D圖為本揭露內容一實施例之半導體元件的剖面結構示意圖。

第1E圖為本揭露內容一實施例之半導體元件的上視圖。

第1F圖為本揭露內容一實施例之半導體元件的剖面結構示意圖。

第2A圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與內部量子效率(IQE)關係之示意圖。

第2B圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與外部量子效率(EQE)關係之示意圖。

第2C圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之R值與相對EQE比例關係之示意圖。

第2D圖示出本揭露內容實施例中半導體元件之電流密度與外部量子效率(EQE)關係之示意圖。

第3圖為本揭露內容一實施例之半導體元件中部分範圍的元素的濃度與深度之關係圖。

第4圖示出本揭露內容實施例中半導體元件的電流密度與內部量子效率(IQE)關係之示意圖。

第5A圖為本揭露內容一實施例之半導體組件的剖面結構示意圖。

第5B圖為本揭露內容一實施例之半導體組件的剖面結構示意圖。

第6圖為本揭露內容一實施例之半導體組件的剖面結構示意圖。

第7圖為本揭露內容一實施例之半導體組件的上視示意圖。

10:半導體元件

100:基底

102:磊晶結構

104:第一半導體結構

106:第二半導體結構

108:活性區

110:第一電極

110a:電極墊

110b:延伸電極

112:第二電極

114:第一侷限層

116:第二侷限層

R:區域

Claims (10)

1. 一種半導體元件，包括： 一第一半導體結構，包含一第一摻質； 一第二半導體結構，位於該第一半導體結構上且包含不同於該第一摻質之一第二摻質；以及 一活性區，位於該第一半導體結構與該第二半導體結構之間且包含該第一摻質； 其中，該半導體元件於J_E_max A/cm² 的電流密度下具有一最大外部量子效率E_max %，且於0.001*(J_E_max ) A/cm² 的電流密度下，該半導體元件具有E_max %的15%以上之外部量子效率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該半導體元件於上視圖中呈一矩形且該矩形具有一長度及一寬度，該長度及該寬度分別小於等於500 µm且大於1 µm。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該活性區包含多對半導體疊層，各該半導體疊層包含一阻障層以及一阱層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體元件，其中該阻障層具有一第一厚度，該阱層具有一第二厚度，且該第一厚度與該第二厚度之比例為在2至40的範圍內。
5. 如申請專利範圍第3項所述之半導體元件，其中該第一半導體結構更包括一第一侷限層直接接觸該活性區。
6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體元件，其中該第一侷限層及該阻障層分別具有大於等於25%之鋁含量百分比。
7. 如申請專利範圍第5項所述之半導體元件，其中該第二半導體結構更包括一第二侷限層直接接觸該活性區，且該第二侷限層包含該第一摻質及該第二摻質。
8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該半導體元件在一第一溫度下具有一第一光輸出值，在低於該第一溫度的一第二溫度下具有一第二光輸出值，其中該第一溫度與該第二溫度之差為30°C以上，且該第一光輸出值與該第二光輸出值的比值大於等於30%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一摻質包含C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或Te。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中於該活性區中該第一摻質具有一摻雜濃度大於等於1x10¹⁶ /cm³ 。

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